宿州市大荊山水泥用灰?guī)r礦地質(zhì)特征及成因

王超峰，許 祥

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心安徽總隊(duì)，安徽 合肥 230031)

大荊山水泥用灰?guī)r礦位于安徽省宿州市北東方向約42km。礦區(qū)屬丘陵地帶，山體總體走向呈南北方向，為一大型礦床，交通方便。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域地層屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)(Ⅰ)徐淮地層分區(qū)(Ⅰ1)淮北地層小區(qū)(Ⅰ11)，主要出露有晚元古界青白口系、古生界寒武系、奧陶系、第四系，其中以碳酸鹽巖為主的寒武系、奧陶系地層分布最廣。區(qū)域構(gòu)造處于華北陸塊徐淮地塊淮北斷褶帶北部、徐州—時(shí)村鎮(zhèn)復(fù)背斜的西翼，褶皺變形強(qiáng)烈，由一系列軸向NNE的向斜、背斜組成，其中任山頭—老山口單斜控制了礦區(qū)整體形態(tài)。斷裂構(gòu)造主要表現(xiàn)為近南北向的逆沖斷裂、近東西向張性斷裂、北西向左旋剪切斷裂和北東向右旋剪切斷裂，區(qū)域內(nèi)巖漿巖不發(fā)育(圖1)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

(1)中下寒武統(tǒng)饅頭組(∈1-2m)。

分布于礦區(qū)西南側(cè)，僅出露上部，為鈣質(zhì)粉砂巖與砂質(zhì)灰?guī)r不穩(wěn)定互層，鈣質(zhì)粉砂巖呈黃灰、灰綠色，鈣質(zhì)膠結(jié)，粉砂狀結(jié)構(gòu)，薄—中厚層構(gòu)造，砂質(zhì)灰?guī)r呈灰—深灰色，砂質(zhì)亮晶結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造。系礦層底板，厚＞24.49m(圖2)。

(2)中寒武統(tǒng)張夏組(∈2z)。

張夏組下段(∈2z1)分布于礦區(qū)中部，底部為淺灰—深灰色鮞狀灰?guī)r，亮晶鮞粒結(jié)構(gòu)，中厚—厚層構(gòu)造；下部為灰色、深灰色核形石鮞狀灰?guī)r，亮晶核形石鮞粒結(jié)構(gòu)，中厚—厚層構(gòu)造；中部為灰色、棕紅色豹皮狀灰?guī)r與鮞狀灰?guī)r互層，以豹皮狀灰?guī)r為主，泥粉晶結(jié)構(gòu)，中厚—厚層構(gòu)造；上部灰—深灰色鮞狀灰?guī)r、含白云質(zhì)鮞狀灰?guī)r，亮晶鮞粒結(jié)構(gòu)，中厚—厚層構(gòu)造，厚度為224.54m。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

張夏組上段(∈2z2)：分布于礦區(qū)東側(cè)，灰色中—厚層殘余鮞粒細(xì)晶白云巖、疊層石白云巖，亮晶鮞粒結(jié)構(gòu)，中厚—厚層構(gòu)造，厚度＞44.42m。

(3)第四系(Q)。

分布于礦體周邊平坦處，巖性為褐紅色、黃褐色粘土、亞粘土，含灰?guī)r碎塊，厚度為0～22.30m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)呈單斜構(gòu)造產(chǎn)出，地層產(chǎn)狀變化較大，北部?jī)A向350～45°，傾角8～22°；南部?jī)A向18～78°，傾角10～26°。

礦區(qū)有F1～F7七條斷層，除F6為逆斷層外，其余均為正斷層，傾角均較陡(60～85°)。其中F1、F3斷層破碎帶寬0～10m，由棱角狀和次棱角狀的石灰?guī)r角礫及鐵泥質(zhì)粘土組成，角礫直徑1～15cm，不能滿(mǎn)足礦石質(zhì)量要求，其他斷層對(duì)礦石質(zhì)量沒(méi)有影響。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦體賦存于中寒武統(tǒng)張夏組下段(∈2z1)地層中，巖性主要為灰、深灰、棕紅色中厚—厚層鮞狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r、核形石鮞狀灰?guī)r，受地形影響分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)礦段，Ⅰ礦段為主，Ⅱ礦段次之。

Ⅰ礦段北起12勘探線北，南至10勘探線，南北長(zhǎng)2 300m，東西寬224～540m，平均寬度430m，平均厚度73.32m，呈單斜層狀產(chǎn)出，受F7斷層影響，造成礦層錯(cuò)位及產(chǎn)狀變化，南側(cè)礦層產(chǎn)狀18～78°∠8～26°，北側(cè)礦層產(chǎn)狀350～45°∠8～22°，出露最高標(biāo)高(大荊山頂)204.20m，至開(kāi)采標(biāo)高+45m相對(duì)高差159.20m，礦體裸露地表。

Ⅱ礦段北起18勘探線北西，南至16勘探線南東，礦體出露南北走向長(zhǎng)280m，東西寬170m，單斜層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀48～92°∠12～18°，平均厚度53.80m，礦體裸露地表。

3.2 礦石質(zhì)量

礦石礦物成分主要為方解石，少量白云石、鐵泥質(zhì)等；主要化學(xué)成分為：CaO 45.31%～55.5%，平均 52.44%；MgO 0.04%～ 6.01%，平均 2.07%；其他成分平均為 SiO21.05%、Al2O30.32%、Fe2O30.36%、K2O+Na2O 0.16%、SO30.037%、Cl-0.011%、燒失量43.00%。其中Ⅰ礦段平均CaO 52.40%、MgO 2.08%，Ⅱ礦段平均CaO 53.25%、MgO 1.86%。

CaO含量在走向、傾向及垂向上變化均較?。籑gO含量變化較大，垂向上呈水平波狀起伏，走向、傾向上呈漸變過(guò)渡關(guān)系，與CaO含量呈消長(zhǎng)關(guān)系。

3.3 礦石類(lèi)型

3.3.1 鮞狀灰?guī)r

灰—深灰色，亮晶鮞粒結(jié)構(gòu)，中厚—厚層構(gòu)造，由粒屑和膠結(jié)物組成。粒屑主要為鮞粒，次為球粒、生物屑、砂屑等，含量70%～80%。鮞粒呈圓狀、似圓狀、長(zhǎng)條狀，大小為0.5～2.0mm，一般1.0～1.5mm左右，多系真鮞，極少數(shù)復(fù)鮞，鮞核為生物屑，膠結(jié)物為亮晶方解石。礦物成分主要是方解石，呈他形粒狀、柱狀，含量90%～91%；次為白云石，少量鐵泥質(zhì)及有機(jī)質(zhì)等，含量3%～10%，為礦區(qū)主要礦石類(lèi)型。

3.3.2 豹皮狀灰?guī)r

灰色、棕紅色含球(團(tuán))粒泥粉晶結(jié)構(gòu)，中厚—厚層構(gòu)造，由粉晶、泥晶方解石及少量球(團(tuán))粒、異形石、殘余鮞生物屑等組成，其中泥、粉晶方解石呈他形粒狀，含量70%～80%；球(團(tuán))粒呈圓狀、橢圓狀，粒徑0.05～0.09mm，由泥晶方解石，有機(jī)質(zhì)等均勻組成。異形石、殘余鮞粒、生物屑等稀散地分布于泥晶方解石中。礦石中棕紅色部分由重結(jié)晶的微晶方解石、白云石及鐵泥質(zhì)等組成，形成斷續(xù)的斑塊狀、星點(diǎn)狀、疙瘩狀?；疑糠钟煞劬А⒛嗑Х浇馐吧倭课⒕Х浇馐?、白云石組成，灰色和棕紅色混雜在一起，形成豹皮狀構(gòu)造。礦物成分主要是方解石，含量80%～85%，次為白云石，含量10%～15%，少量鐵泥質(zhì)及有機(jī)質(zhì)等，為礦區(qū)次要礦石類(lèi)型。

3.3.3 核形石鮞狀灰?guī)r

灰色、深灰色，亮晶核形石鮞粒狀結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造。粒屑主要為鮞狀，次為核形石，含少量凝塊石及生物碎屑，總含量80%左右，其中鮞狀占60%～70%，核形石10%～20%左右。鮞粒呈灰黑色，少數(shù)棕紅色，圓狀、似圓狀，粒徑1～1.5mm。核形石呈暗灰色，橢圓狀、渾圓狀等，粒徑5～20mm，具寬窄不一的同心紋層構(gòu)造，中心多為藻類(lèi)碎屑及白云石晶粒。礦物成分主要是方解石，次為白云石及少量鐵質(zhì)、泥質(zhì)及有機(jī)質(zhì)等，為礦區(qū)次要礦石類(lèi)型。

3.4 礦體圍巖及夾石特征

礦體底板為中下寒武統(tǒng)饅頭組(∈1-2m)鈣質(zhì)粉砂巖，頂板為中寒武統(tǒng)張夏組上段(∈2z2)白云質(zhì)灰?guī)r，均整合接觸。

礦區(qū)共有10個(gè)同生夾石體，2個(gè)斷層破碎帶夾石體，其中Ⅱ礦段有3個(gè)同生夾石體，其余分布于Ⅰ礦段。斷層破碎帶夾石泥質(zhì)含量高難以利用。同生夾石按照體積加權(quán)平均后，礦區(qū)平均化學(xué)成分為：CaO 52.23%、MgO 2.19%，仍能滿(mǎn)足水泥用灰?guī)r工業(yè)指標(biāo)要求，但礦層產(chǎn)狀較緩，開(kāi)采時(shí)需合理布局，進(jìn)行礦石均化處理。

4 礦床成因

華北陸塊自青白口紀(jì)晚期上升后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的風(fēng)化剝蝕，逐漸下降，早寒武世—中寒武世早期，沉積了一套灰、紫紅色的砂巖、頁(yè)巖、灰?guī)r和白云巖建造，化石豐富，保存完好，期間泥巖多次出現(xiàn)，表明當(dāng)時(shí)為開(kāi)闊臺(tái)地相的氧化環(huán)境，地殼間歇性升降運(yùn)動(dòng)較頻繁；中寒武世，地殼趨于穩(wěn)定，開(kāi)始接受碳酸鹽沉積，但水動(dòng)力增強(qiáng)，沉積了一套以鮞狀灰?guī)r為主的巖石組合(張夏組下段)，巖石中富含藻類(lèi)及生物碎屑，MgO含量局部較高，說(shuō)明當(dāng)時(shí)是一種氣候溫暖、氧氣充足、陽(yáng)光較強(qiáng)的沉積環(huán)境，海水含鹽度高且蒸發(fā)量較大；中寒武世后期，地殼回升，海水中MgO含量逐漸升高，形成了張夏組上段白云巖建造。故本礦床屬開(kāi)闊臺(tái)地相沉積形成的碳酸鹽巖礦床。